螺杆钻具马达线型优化设计方法的研究

发布时间：2017-03-29 14:00

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【摘要】：螺杆钻具由于其结构和性能方面的优点,近几十年来,在钻井、修井、石油天然气钻采机械及机床加工等方面应用越来越广泛,螺杆马达是螺杆钻具的主要动力部件,它由转子和定子两部分组成,而转子和定子的线型质量决定着螺杆马达的工作性能。随着螺杆线型的多样化、专业化,传统解析式型的求解方法存在设计难度大、参数不方便调整等缺点,为此本文根据马达运动原理,用数值方法解决螺杆马达线型的优化设计,对离散点进行拟合,具有重要的理论和现实意义。本文应用啮合理论原理,采用样条函数作为拟合曲线,进行数值分析,得到离散的定子与转子共轭线型。通过选定目标函数,对影响因子较大的条件进行约束,实现优化设计模型。以简单函数寻求解析解的方法为基础,扩散到以数值分析为基础寻求优化解的范围。将简单函数求解法与样条插值法进行比较,从而证实优化方法的有效性与可行性。同时,通过拟合曲线的实现证实所选样条函数的优越性,实现由转子到定子的转化,并利用对称性将半周期图还原为全周期图。最后用实例进行验证分析,证实所选拟合曲线的正确性以及优化方法的合理性与准确性。本文对螺杆钻具马达线型优化设计提出了数值优化方法,有利于线型工作的进一步开展和研究,为实际生产工作奠定了理论基础,起到一定的推动作用。
【关键词】：马达线型 优化 转子 定子 螺杆钻具 曲线拟合
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE921
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 螺杆钻具马达的基本结构及工作原理9-10
• 1.2.1 螺杆钻具的基本结构9
• 1.2.2 螺杆钻具马达的工作原理9-10
• 1.3 螺杆钻具马达线型的研究现状及螺杆钻具的发展趋势10-11
• 1.3.1 国内外专家对螺杆钻具马达线型的研究10-11
• 1.3.2 螺杆钻具的发展趋势11
• 1.4 本文的主要工作11-13
• 第2章 预备知识13-24
• 2.1 数学相关理论知识基础13-21
• 2.1.1 曲线拟合理论13-20
• 2.1.1.1 最小二乘法原理13-14
• 2.1.1.2 多项式插值原理14-17
• 2.1.1.3 三次样条插值函数的定义17-18
• 2.1.1.4 样条插值函数的确定18-20
• 2.1.2 对称性理论20-21
• 2.2 机械相关理论知识基础21-24
• 2.2.1 螺杆钻具马达啮合理论21-22
• 2.2.2 齿轮啮合理论22-24
• 第3章 曲线拟合算法的实现24-35
• 3.1 用户界面部分24-26
• 3.2 曲线拟合算法部分26-35
• 3.2.1 最小二乘法实现27-30
• 3.2.2 多项式插值实现30-32
• 3.2.3 三次样条函数插值实现32-35
• 第4章 螺杆钻具马达共轭线型的优化设计35-40
• 4.1 螺杆钻具马达的共轭线型35-36
• 4.2 螺杆钻具马达线型的优化设计模型36-39
• 4.2.1 目标函数36-37
• 4.2.2 约束条件37-39
• 4.2.2.1 无曲率干涉37
• 4.2.2.2 具备足够的齿形接触强度37-38
• 4.2.2.3 共轭线型的光滑连续性38-39
• 4.3 具体实例分析39-40
• 第5章 模型实现及定子生成40-43
• 5.1 模型实现40-41
• 5.2 定子生成41-43
• 第6章 结论43-44
• 参考文献44-47
• 在学研究成果47-48
• 致谢48

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